공기 조화기 기초 개념

1. 공기조화의 사용 용도
 


1.1 공기조화 용도


① 쾌적용 공기조화 : 사람을 대상으로 쾌적감과 보건위생에 적합한 생활환경을 형성하기 위한 설비이다.


② 산업용 공기조화 : 각종 물품의 생산과 저장을 위한 설비이다.


③ 의료용 공기조화 : 의료활동 및 환자를 위한 설비이다.


1.2 설비 장치 기능


① 열원 장치 : 보일러, 냉동기, 열펌프, 열교환기 및 이들 부속 기구류와 축열장치이다.


② 열운반 장치 : 팬, 덕트, 흡출구, 흡출구 펌프, 배관 등


③ 공기 조화기 : 공기 냉각 감습기, 공기 가열기, 가습기, 에어필터


④ 자동제어 장치 : 실내의 온습도 조건을 쾌적하게 유지한다든가 에너지를 절약하는 등 가장 경제적인


운전을 한다.


⑤ 계측감시 장치 : 실내 온습도를 비롯해서 운전 상태의 계측과 감시 장치
 


1.3 공기 조화 방식


1.3.1 공기 조화의 방식과 특징


① 단일덕트방식 : 공조의 기본이 되는 방식이며 공조기로부터 여름에는 냉풍을 겨울에는 온풍을 하나의


덕트를 통하여 보내는 방식이다.


② 멀티존 유니트 방식 : 공조기 안에서 냉온풍을 도시에 만들어 공조기 출구에서 혼합하여 몇 개의 단일


덕트로 각 존에 송풍한다.


③ 이중덕트 방식 : 냉풍과 온풍을 동시에 송풍하여 각 존 또는 각실에서는 냉온풍 혼합상자를 설치하여


부하에 따라 냉온풍의 혼합비를 조절하여 송풍한다.


④ 각층 유니트 방식: 층별로 죠닝을 할 경우에는 각층에 2차 공조기로부터 보내주는 공기를 부하에 따라


재조정하여 보낸다. 이 방식은 각 층마다 조건이 다른 백화점이나 임대 사무소 건물에 적당하다.
⑤ 팬코일 유니트 방식 : 실내의 적절한 위치에 팬코일 유니트를 설치하고 공용의 1차 공조기로부터 냉온


수를 보내어 각 유니트 별로 부하에 따라 조절한다.
⑥ 인덕션 유니트 방식 : 실내의 적절한 위치에 인덕션 유니트를 설치하고 1차 공조기로부터 보내어진


공기를 유니트의 노즐로부터 뿜어낸다. 그때 유니트는 흡인력에 의해서 실내공기(2차공기)가 흡입하여


냉각 도는 가열하게 된다.
⑦ 가변풍량방식 : 실내의 공조부하 변화에 따라 송풍량을 조절하는 터미널 유니트를 각 실에 설치하는


방식으로 주로 내부 죤의 냉방용으로 쓰이며 에너지 절약 측면에는 매우 효율적이다.
⑧ 팻키지 유니트 방식 : 냉동기가 내장되어 있는 공조기를 실내에 설치하는 방식으로 주택, 상점, 식당,


다방 등 중, 소규모의 건물에 널리 사용된다.
 
1.3.2공기조화 방법과 적용건물


① 사무소 건물


㉠ 대규모 : 3000㎡이상, 각층 유닛, 유도유닛 방법에 적용된다.


㉡ 소규모 : 3000㎡이하, 단일 덕트, 각층유닛, 패키지 유닛 방법(재형)에 사용한다.


② 호텔건물


㉠ 객실 : 팬코일 유닛(덕트병용), 유도유닛 방법에 사용한다.


㉡ 호텔로비 : 각층 유닛, 복사난방 방법에 사용한다.


㉢ 연회장 : 단일 덕트, 패키지 방법(대형)에 사용한다.


③ 백화점 : 각층 유닛 방법에 사용된다.


④ 병원 : 각층 유닛, 패키지 유닛 방법 등을 병용한다.


⑤ 극장 : 단일 덕트 방법을 사용한다.


⑥ 주택, 맨션 : 패키지(소형), 팬코일 유닛 방법에 사용한다.
 


1.4 지역냉난방 방식


중앙식 냉난방의 일종으로 일정한 장소의 기계실에서 넓은 지역내의 여러 건물에 증기나 고온수 혹은 냉수를


공급하여 냉난방을 하는 방식을 말한다.


1.4.1 장점


① 경제적이다. (각 건물 별로 냉난방 시설을 할 때에 비하여 적은 용량으로 고효율 운전이가능하여 에너지


비용이 절감된다.)


② 공해 방지가 용이하다.


③ 각 건물의 유효면적이 증가한다.
1.4.2 단점


① 배관의 길이가 길므로 배관 열손실이 크다.


② 열의 사용량이 적으면 기본 요금의 비율이 높아진다.


③ 초기시설 투자비가 높다. 


2. 공기 조화의 기기
2.1 공기조화 설비의 구성


① 공기 조화장치 : 가습기, 공기 가열기, 공기 냉각기, 에어 필터 등


② 공기 반송장치 : 송풍기, 덕트, 공기 취출구, 흡입구 등


③ 열반송장치 : 펌프 수배관, 증기배관 등


④ 열원장치 : 보일러, 냉동기, 냉각탑 등 ⑤ 기타 : 자동제어 장치, 공기 정화장치
 


2.2 공기 세정기 및 가습 세정기


2.2.1 공기 세정기


① 가습장치의 목적 일반적으로 대형의 현장 조립형 공기 조화기에 사용되고 노즐에서 물을 분무하여 공기에


충분히 접속시켜 세정과 급습을 하는 것인데 예전에는 냉수 또는 정수를 충분히 얻을 수 있는장소에서 외기


예냉으로 사용되는 외에는 가습 장치를 사용하고 있다.


② 구조 순환장치 순환펌프로 물을 순환 분무시켜 단열변화로 물을 증발시켜 급습한다.
2.2.2 가습 세정기 설계


① 세정기의 단면적


세정기의 단면적은 공기 조화기의 조립상 공기 냉각 및 가열 코일과 동면적이 바람직스럽고


통과 풍속은 일반적으로 2∼3(m/s)로 결정된다. 또 분무 수압은 노즐 성능상 1.5∼2.0(㎏/㎠)이다.


② 가습 분무 순환


가습의 분무 순환 수량W(㎏/h)와 공기와의 비율은 물공기비 W/G는 보통 1뱅크에서 0.2∼0.6,


2뱅크에서 0.4∼1.2가 사용된다.


③ 단열 가습 순환


단열 가습을 할 때 공기 세정기의 설계는 석①에서 출구 건구 온도 t₂를 구하면 공기 선도상에서 입구 공기


상태점으로 부터 단열 변화의 선측, 등 엔탈피 선상 t₂라는 점은 세정기 출구 공기 상태점이기 때문에


식②에서 급수량을 구할 수 있다.


t₂ = t₁- CF (t₁′-t₂′)    ①


L  = G (X₂-X₁)              ②


t₁,t₂: 입구, 출구의 건구 온도(℃)


t₁, t₂: 입구, 출구 공기 습구 온도 t₁′=t₂′(℃)


L : 급습량 (㎏/h)  G : 공기량(㎏ dry air/h)


CF : 콘택트 팩터 또는 포화 효율


X₁X₂: 입구, 출구 공기의 절대 습도 (㎏/㎏ dry air)
 


2.2.3 가습장치의 종류와 특징


표 2.1 가습장치의 종류와 특징 가습의 종류


가습의 종류

 적용과 특징

 
증기 스프레이 가습

 0.1∼2atg의 범위에 사용한다. 가습 효율이 좋으므로 증기가 있으면
이 방법을 많이 쓴다
 
온수 스프레이 가습

 가온된 수온(60∼90℃)으로 분무하므로 수온이 낮으면 효율이 떨어진다
순환스프레이 가습

 단열 변화에 의한 분무로서 입구 공기온도가 낮으면 가습 효과가 떨어진다
팬형 가습

 소형 공조기에 쓰고 전기 히터등의 가열원을 내장 하므로 응답은 늦어진다



 

3. 공기 조화기 계획
3.1 공기 조화 습공기


3.1.1 절대습도와 상대습도


① 절대습도 : 수증기의 중량(㎏)을 건조 공기의 중량(㎏)으로 나눈값(㎏/㎏)을 말한다.


② 상대습도 : 동일 온도에서 1㎥의 공기 중에 현재 포함되어 있는 수증기의 량과 최대로 포함될 수 있는 수증기의


양과의 백분율을 말한다. 즉, 어느 온도에서 절대습도와 포화절대습도와 비이며 다음 식으로 나타낸다.


RH (%) = 임의온도에서 절대습도 / 동일 온도에서 포화절대습도(g/㎥) ×100(%)           


3.1.2 습공기의 보유열량


① 습공기 : 습공기 중의 건조공기 1㎏에 대한 보유열량을(㎉/㎏) 엔탈피라 한다. 단, 0℃의건조 공기를 기준(0㎉/㎏)


으로 해서 산정하였을 때 건조 공기와 수증의 열량을 다음과 같은 식으로 계산한다.


i= Cpat + (γｏ+ Cpwt)x


I  : 엔탈피(㎉/㎏)


t : 온도(℃)


x : 절대습도(㎉/㎏)


C pa : 건공기의 비열 (0.24 ㎉/㎏℃)


C pw : 수증의 비열 (0.44 ㎉/㎏℃)


γｏ : 수증기의 체열 (597 ㎉/㎏)
 


3.2 공기선회 공기선도


어떤 압력 아래서 습공기의 열적성질을 나타낸 것으로 건조 습도, 습구 온도, 절대 습도, 상대 습도, 노점 온도,


엔탈피, 비용적 등이 있다.


3.3 실내의 적정 온습도를 유지하기 위하여 필요한 냉각, 가열, 감습, 가습을 위한 열량을 공조부하라 한다.


열의 취득 손실을 그 목적에 따라 실내 열부하, 공조 장치부하, 열원장치 부하 등으로 분류할 수 있다.


3.3.1공기 조화 부하 요소
표 3.1 공조 부하의 분류
분  류

 적 용 범 위

 
실내열부하

 외계조건

 태양열 복사

 •유리창 투과하는 일사에 의한 열(헌열)                                     
•일사를 받은 외벽 및 지붕의 축열부하(헌열)
 
실내외 온도차에 의한 관류열

 •유리창 투과하는 일사에 의한 열(헌열)                             
•일사를 받은 외벽 및 지붕의 축열부하(헌열)                               
•칸막이, 바닥, 천장을 통과하는 열(헌열)
 
틈새 바람에 의한 열

 창의 샷시 출입구의 개폐로부터 침입하는 틈새 바람에 의한
열(헌열+체열)
 
내부조건

 실내 발생열

 •조명에  의한 발생열(헌열)                                             
•인체에 의한 발생열(헌열+체열)                                           
•발열기기 및 기기로 부터 발생열(헌열+체열)
 
시스템에 의한 부하

 환기를 적정 실내 온습도까지 유지하기 위한 열량(헌열+체열)
기    타

 •제습, 제열에 의한 열부하                                                     
•간혈 공조시 구조체의 축열부하                                             
•냉동기, 보일러 등 열원장치의 효율에 의한 부하                       
•배관손실에 의한 부하
 



4 환기설비 계산
4.1 환기량 계산식


4.1.1 실내에 발열이 있을 경우 


실내에 H의 발열이 있을 때, 실온율 tR로 유지하기 위한 필요 환기량 Q는



Q  =        H /  Cpγ(tＲ-tＳ)     



 

Q  : 필요 환기량(㎥/h)     


H : 실내의 발열량(㎉/h)


Cp  : 공기의 비열(㎉/㎏℃) 


γ : 공기의 비중량 TR : 실온(℃)               


ts : 급기 또는 침입 공기의 온도(℃)
4.1.2 수중기의 발생이 있는 경우


실내에  L의 증기 발생이 있을 때 , 실내의 절대 습도를 XR로 유지하기 위한 필요 환기량은 Q는
 


Q  =      L /  γ(XR-XS)     


L  : 실내의 수증기 발생량(㎏/h)


XR : 실내의 절대 (㎏/㎏ dry air)


XS : 급기 또는 침입 공기의 절대 습도(㎏/㎏ dry air)
 


4.2 환기 방식


4.2.1 자연 환기


공기의 압력차 또는 온도차에 의한 자연력을 이용한 환기방식


4.2.2 기계환기 강제로 기계의 힘에 의하여 환기를 하는 방식


① 제 1종 기계환기법 : 급기→송풍기, 배기→송풍기


② 제 2종 기계환기법 : 급기→송풍기, 배기→자연


③ 제 3종 기계환기법 : 급기→자연, 배기→송풍기


4.3 환기 설비 소요량


4.3.1 소요 환기량
  표 4.1 필요 환기량
작업실

 무창공장

 실내주차장

 주차장

 극장,영화관,연예장 


 관람장,공회당,집회장

 지하건축물

 
환 기 량  30㎥/h인

 35㎥/h인 또는 15㎥/㎡·h 바닥면적  환기회수가      10회/h이상 외기 25㎥/㎡·h 이상  외기75㎥/㎡·h 객석면적공조할때는 전풍량 75㎥/㎡·h 외기량 25㎥/㎡·h  30㎥/㎡·h 바닥면적을 공조할때는 외기량 12㎝/㎡·h
조건

 1인당의 기적이 바닥 위 4m이내, 10㎥ 또는 창면적이 바닥면적의 1/20이상일 것 　 가창의 크기가 바닥면적의 1/10  주차면적이 500㎡이상 창크기가 바닥면적의 1/10일때  객석 바닥면적이 400㎡이상 또는 지하흥행장(제 1종 또는 제2종) 지상150㎡이하 (제1, 제2, 제3종) 바닥면적 100㎡이상의 층(제1종) 1000㎡이하의 층(제 1종, 제2종)




4.3.2 송풍기의 종류와 특징


표 4.2 송풍기의 종류와 특징 송풍기의 종류
송풍기의 종류

 적용과 특징

 
다익형(시로코형) 사용압력이 10∼125㎜Aq의 범위로서 풍량이 1000㎥/h에서 100000㎥/h 정고까지 저속 덕트용에 쓰이며 크기는 작다. 
터보형(사일런트형) 압력이 125∼250㎜Aq, 풍량은 1대당 5000∼80000㎥/h, 고속 덕트용에 쓰이며 저소음 효율은 타종에 비하여 매우 좋다. 크기는 크다.
리매어스형(리밋트로우형) 압력이 10∼150㎜Aq로서 보통 80∼152㎜Aq의 범위에 쓰이며 오우버로우트 되지 않는 것이 특징이다. 
익형(에어포일형) 터보형과 같은 특징을 갖지만 크기는 터보형보다 작다. 
디스크형 가정용 환기팬은 압력 0∼1.0㎜Aq, 별도의 환풍기(0∼5A㎜q)도 있다.
프로펠러형(가이드베인유) 유압의 것으로서 0∼55㎜Aq의 압력 범위, 원통형으로서 적용성이 있지만 다익형에 비해 비싸다. 
프로펠러형(가이드베인무) 유압의 것으로서 0∼19㎜Aq의 압력범위, 효율이 떨어지므로 소음이 크다.